Elektrotechnik

Ein Frage, die immer wieder gestellt wird: Wie funktioniert ein Elektromotor? Für Kinder nicht immer einfach zu erklären! An das Thema herantasten kann man sich mit einem selbstgebauten Elektromotor. Dann lassen sich auch die entstehenden Fragen am echten Objekt klären: Warum dreht sich ein Elektromotor? Wie wirken Magnete? Was ist ein Elektromagnet? Was bewirkt die Ständerspule? Was bewirkt die Ankerspule?

Der Bausatz für einen Elektromotor aus den Karl-Schubert-Werkstätten läßt sich ohne Werkzeug einfach aufzubauen! Zum Betrieb wird eine 4,5V Batterie oder 3 in Reihe geschaltete 1,5V Batterien oder ein Kleinspannungstransformator benötigt. Die ausführliche Anleitung enthält auch ein Kapitel zur Erklärung des Funktionsprinzips eines Elektromotors.

Inhalt des Kastens:
1 Grundbrett
1 Pappspule
Kupferdraht
1 Ständerblech
4 Lagerböcke
2 Ankerbleche
1 Achse
2 Kollektorbleche
2 Stromabnehmer
2 Schräubchen mit Muttern
1 Tasterblech
2 Kabelbinder
4 Kreppbandstreifen
2 Büroklammern
14 Reißnägel
1 Propeller
1 Stück Schleifpapier
1 ausführliche Bauanleitung mit Erklärung zum Funktionsprinzip

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Leiterplatten bekommen wir zu sehen, wenn wir elektronische Geräte öffnen: man erkennt sie an der typisch grünen Farbe, der lackiert wirkenden Oberfläche und natürlich an der Vielzahl elektronischer Bauteile wie Widerstände, Transistoren, Kondensatoren, Schaltkreise und manchmal auch Spulen, Potentiometer und mechanischer Befestigungen.

Die Rückseite ist durchzogen von sogenannten "Leiterbahnen" - das sind elektrisch leitende Verbindungen zwischen den Bauteilen. Bei unserem Elektrobaukasten entsprechen den Leiterbahnen die Verbindungskabel mit Bananenestecker. Wie eine Leiterplatte genau funktioniert, wird hier näher erklärt:


Zum Artikel "Wie funktioniert eine Leiterplatte?"

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Optik und Kräfte
Akustik und Bewegung

Leiterplatten bekommen wir zu sehen, wenn wir elektronische Geräte öffnen: man erkennt sie an der typisch grünen Farbe, der lackiert wirkenden Oberfläche und natürlich an der Vielzahl elektronischer Bauteile wie Widerstände, Transistoren, Kondensatoren, Schaltkreise und manchmal auch Spulen, Potentiometer und mechanischer Befestigungen.

Die Rückseite ist durchzogen von sogenannten "Leiterbahnen" - das sind elektrisch leitende Verbindungen zwischen den Bauteilen. Bei unserem Elektrobaukasten entsprechen den Leiterbahnen die Verbindungskabel mit Bananenestecker. Wie eine Leiterplatte genau funktioniert, wird hier näher erklärt:


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Auch wenn hier primär ein Elektrobaukasten beschrieben wird, ist doch die Welt der Elektronik nicht zu fern. Wurden früher elektronische Schaltungen diskret, d.h. aus einzelnen Bauelementen wie Widerständen, Röhren, Transistoren, Kondensatoren, Dioden usw. aufgebaut, so haben sich seit vielen Jahren integrierte Schaltungen etabliert. Nach dem Moore´schen Gesetz verdoppelt sich dabei die Anzahl der Transistoren pro Fläche alle 2 Jahre. Daher erfolgt an dieser Stelle mal ein kurzer Ausflug in die heutige Mikroelektronik

Ausgangsmaterial der meisten integrierten Schaltungen ist Silizium. Dabei kommt polykristallines Silizium zum Einsatz, welches gereinigt wird. Aus geschmolzenem poly-Silizium wird ein Einkristall gezogen. Dies ist ein aufwendiges und teures Verfahren. Die Ziehgeschwindigkeit beträgt gerade mal 0.4 - 0.8mm/ min. Übliche Stablängen eines solchen Siliziumstabes sind 1-2 m.

Die Stäbe werden nun rundgeschliffen, der Anfangs- und Endkonus (beliebte Werbegeschenke in der Halbleiterindustrie) werden abgetrennt. Mit einer Drahtsäge werden aus den Siliziumstäben einzelne Scheiben (Wafer) geschnitten. Diese Drahtsägen sind erstaunlich, ein einzelner Draht kann dabei bis zu 80 km (!) betragen.

Die Wafer werden nun noch mechanisch und chemisch nachbearbeitet, anschließend in Waferboxen verpackt und an die eigentlichen Schaltkreishersteller (auch Chiphersteller, Chip Manufacturer, Wafer Fabs) verschickt. Abolute Sauberkeit ist dabei oberstes Gebot, nach dem Reinigen der Wafer werden diese nur noch unter Reinraumbedingungen bewegt.



Beim Chiphersteller werden die Wafer nun verschiedensten physikalischen oder chemischen Prozessen unterworfen. Dazu gehören CVD (Chemical Vapour Deposition - Chemische Dampfphasenabscheidung), Diffusion, Ionenimplantation, und verschiedene thermische Prozesse.



Einer der wichtigsten Schritte dabei ist die Lithographie, bei der die eigentlichen Strukturen, die die Schaltkreise ausmachen, hergestellt werden.



Am Ende der Produktionskette werden die eigentlichen Schaltkreise, die Chips, aus dem Wafer gesägt, verdrahtet und verkapselt.


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